CN107353402A - 一种纳米纤维素增强增韧mc尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料及其制备方法。由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体10‑90份，纳米纤维素10‑75份，催化剂0.2‑0.4份，助催化剂2‑5份。本发明采用纳米纤维素作为增强体，己内酰胺单体为树脂基体，利用己内酰胺溶体粘度低、流动性好，以保证己内酰胺对纳米纤维素的浸润，大大提高制品的纳米纤维素含量，具有很高的物理力学性能。

Description

一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子纳米复合材料的制备技术领域，具体涉及一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
众所周知，空气污染和能源短缺是全球各大产业在发展过程中面临的两大问题，因此，采用密度小，易回收加工的工程塑料是节能减排、降本增效的重要措施。作为工程塑料之一的铸型尼龙(Monomer casting nylon)，简称MC尼龙，因其具有质量轻、强度高、耐磨、自润滑等多种独特性能，被广泛应用于汽车、电气设备、机械等行业。
随着汽车的轻量化、电气设备的高性能化、机械设备低本成化的进程加快，对MC尼龙的强度、韧性、耐热性、耐寒性等方面提出了更高的要求。目前，我国MC尼龙技术水平与国际水平相比仍然有明显差距，尤其在MC尼龙的高性能化和低成本化方面限制了我国MC尼龙的发展及应用，难以配合我国快速发展的新能源汽车、轨道交通、航天航空、电气设备等高端应用领域的需求。因此，需要开发新型增强体对MC尼龙进行改性，以满足各行业节能、环保、轻量化、低成本化、高性能化的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料及其制备方法。
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体10-90份，纳米纤维素10-75份，催化剂0.2-0.4份，助催化剂2-5份。
由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，纳米纤维素56.7份，催化剂0.3份，助催化剂4份。
所述己内酰胺单体为C6H11NO。
所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
所述复合材料中还包括4-甲氧基-2-甲基苯硼酸1-3份。
所述催化剂为乙烷二羧酸酐，亚磷酸，次磷酸钙，己二酸，己二腈中的一种或一种以上。
所述助催化剂磷酸钠，核苷酸钠，乙酰基己内酰胺，己二异氰酸酯中的一种或一种以上。
上述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、催化剂和助催化剂，将己内酰胺单体熔融后加入催化剂和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水1-20min，脱水完成后在混合料内加入助催化剂，并将模具预热至140℃-160℃，将加入助催化剂后的混合料浇铸到模具中，1-30min后冷却脱模。
本发明的有益效果：本发明采用新型环保、低成本、高性能的纳米纤维素作为增强体以解决现有增强体生产过程污染严重、成本高、部分性能差的问题。采用己内酰胺单体为树脂基体，保证己内酰胺对纤维素的浸润，大大提高复合材料的纤维素含量，具有较强的物理力学性能。采用表面化学修饰技术来解决纳米纤维素在己内酰胺单体中易团聚的问题。采用纳米纤维素作为增强体，己内酰胺单体为树脂基体，利用己内酰胺溶体粘度低、流动性好，以保证己内酰胺对纳米纤维素的浸润，大大提高制品的纳米纤维素含量，具有很高的物理力学性能。通过碱催化原理制备成待聚合的液态活性料，添加助催化剂后浇铸到预热的模具中，并热压成型，制备成的复合材料能够提高MC尼龙的物理力学性能，比如抗拉强度、弯曲强度，冲击强度明显提高，耐热及尺寸稳定性好，能够保留MC尼龙原有的耐磨性好、自润滑等特性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，纳米纤维素56.7份，亚磷酸0.3份，磷酸钠4份。所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
上述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、亚磷酸和磷酸钠，将己内酰胺单体熔融后加入亚磷酸和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水15min，脱水完成后在混合料内加入磷酸钠，并将模具预热至150℃，将加入磷酸钠后的混合料浇铸到模具中，15min后冷却脱模。
实施例2
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体10份，纳米纤维素10份，乙烷二羧酸酐0.2份，核苷酸钠2份。所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
上述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、乙烷二羧酸酐和核苷酸钠，将己内酰胺单体熔融后加入乙烷二羧酸酐和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水3min，脱水完成后在混合料内加入核苷酸钠，并将模具预热至140℃，将加入助催化剂后的混合料浇铸到模具中，3min后冷却脱模。
实施例3
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体90份，纳米纤维素75份，次磷酸钙0.4份，乙酰基己内酰胺5份。所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
上述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、催化剂和助催化剂，将己内酰胺单体熔融后加入次磷酸钙和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水20min，脱水完成后在混合料内加入乙酰基己内酰胺，并将模具预热至160℃，将加入助催化剂后的混合料浇铸到模具中，30min后冷却脱模。
实施例4
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，纳米纤维素56.7份，亚磷酸0.3份，磷酸钠4份，4-甲氧基-2-甲基苯硼2份。所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
上述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、4-甲氧基-2-甲基苯硼、亚磷酸和磷酸钠，将己内酰胺单体熔融后加入亚磷酸和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水15min，脱水完成后在混合料内加入磷酸钠，并将模具预热至150℃，将加入助催化剂后的混合料浇铸到模具中，15min后冷却脱模。
实施例5
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，纳米纤维素56.7份，亚磷酸0.3份，磷酸钠4份，乙基香兰素乙酸酯1份。所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
上述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、乙基香兰素乙酸酯、亚磷酸和磷酸钠，将己内酰胺单体熔融后加入亚磷酸和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水15min，脱水完成后在混合料内加入磷酸钠，并将模具预热至150℃，将加入助催化剂后的混合料浇铸到模具中，15min后冷却脱模。
对比例1
一种MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，亚磷酸0.3份，磷酸钠4份。
上述MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、亚磷酸和磷酸钠，将己内酰胺单体熔融后加入亚磷酸，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水15min，脱水完成后在混合料内加入磷酸钠，并将模具预热至150℃，将加入磷酸钠的混合料浇铸到模具中，15min后冷却脱模。
对比例2
一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，纤维素56.7份，亚磷酸0.3份，磷酸钠4份。所述纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到。
上述纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，取己内酰胺单体、纳米纤维素、亚磷酸和磷酸钠，将己内酰胺单体熔融后加入亚磷酸和纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水15min，脱水完成后在混合料内加入磷酸钠，并将模具预热至150℃，将加入磷酸钠后的混合料浇铸到模具中，15min后冷却脱模。
将得到的MC尼龙复合材料在80℃的水浴中煮4小时，以除去未聚合的单体及低聚物，然后将其放置于烘箱中100℃干燥8小时。将经上述处理并干燥后的MC尼龙复合材料取出并制成条状样品，在温度为20℃，湿度为50％的恒温箱里将MC尼龙复合材料的条状样品放置48小时后，进行性能测试。测试结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，实施例4-5的平均屈服强度明显高于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是实施例4-5分别多加入了4-甲氧基-2-甲基苯硼和乙基香兰素乙酸酯，证明4-甲氧基-2-甲基苯硼和乙基香兰素乙酸酯具有增强MC尼龙复合材料屈服强度的功效；对比例1的平均屈服强度明显低于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是对比例1少加入了纳米纤维素，证明纳米纤维素具有增强MC尼龙复合材料屈服强度的功效；对比例2的平均屈服强度明显低于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是对比例1加入了纤维素，实施例1加入的为纳米纤维素，证明纤维素没有增强MC尼龙复合材料屈服强度的功效；实施例4-5的平均弯曲强度明显高于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是实施例4-5分别多加入了4-甲氧基-2-甲基苯硼和乙基香兰素乙酸酯，证明4-甲氧基-2-甲基苯硼和乙基香兰素乙酸酯具有增强MC尼龙复合材料弯曲强度的功效；对比例1的平均弯曲强度明显低于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是对比例1少加入了纳米纤维素，证明纳米纤维素具有增强MC尼龙复合材料弯曲强度的功效；对比例2的平均弯曲强度明显低于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是对比例1加入了纤维素，实施例1加入的为纳米纤维素，证明纤维素没有增强MC尼龙复合材料弯曲强度的功效；实施例4-5的冲击强度明显高于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是实施例4-5分别多加入了4-甲氧基-2-甲基苯硼和乙基香兰素乙酸酯，证明4-甲氧基-2-甲基苯硼和乙基香兰素乙酸酯具有增强MC尼龙复合材料冲击强度的功效；对比例1的冲击强度明显低于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是对比例1少加入了纳米纤维素，证明纳米纤维素具有增强MC尼龙复合材料冲击强度的功效；对比例2的冲击强度明显低于实施例1，与实施例1相比，其他条件完全相同，仅仅是对比例1加入了纤维素，实施例1加入的为纳米纤维素，证明纤维素没有增强MC尼龙复合材料冲击强度的功效。

Claims (8)

1.一种纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体10-90份，纳米纤维素10-75份，催化剂0.2-0.4份，助催化剂2-5份。
2.根据权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：己内酰胺单体38份，纳米纤维素56.7份，催化剂0.3份，助催化剂4份。
3.根据权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，所述己内酰胺单体为C6H11NO。
4.根据权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，所述纳米纤维素以天然棉、木桨纤维素制备得到的尺寸在纳米级的纤维素产品。
5.根据权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，所述复合材料中还包括4-甲氧基-2-甲基苯硼酸1-3份。
6.根据权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，所述催化剂为乙烷二羧酸酐，亚磷酸，次磷酸钙，己二酸，己二腈中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料，其特征在于，所述助催化剂磷酸钠，核苷酸钠，乙酰基己内酰胺，己二异氰酸酯中的一种或一种以上。
8.权利要求1所述纳米纤维素增强增韧MC尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，取己内酰胺单体、纳米纤维素、催化剂和助催化剂，将己内酰胺单体熔融后加入催化剂和纳米纤维素，利用超声辐射混合均匀，将混合料在-0.1MPa条件下真空脱水1-20min，脱水完成后在混合料内加入助催化剂，并将模具预热至140℃-160℃，将加入助催化剂后的混合料浇铸到模具中，1-30min后冷却脱模。
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CN110713712A (zh) * 2019-11-22 2020-01-21 安徽微威减震降噪技术研究院 一种共聚改性聚酰胺材料及其制备方法

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